陳慧杰,安佳寧,田 焜

(1. 中國人民解放軍92116部隊,遼寧 葫蘆島 125000;2. 中國人民解放軍92419部隊,遼寧 葫蘆島 125106)

模擬強(qiáng)敵典型裝備是靶場空中藍(lán)軍建設(shè)的核心,是靶場訓(xùn)練職能擴(kuò)展的關(guān)鍵。對于如何評估現(xiàn)有靶機(jī)模擬強(qiáng)敵典型目標(biāo),特別是模擬反艦導(dǎo)彈的相似度、逼真度,是靶場在構(gòu)建空中藍(lán)軍必須要重視的問題,否則會對試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性和說服力造成較大影響。目前國內(nèi)對模擬藍(lán)軍作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)、兵力運(yùn)用等方面的研究較多,文獻(xiàn)[1-4]詳細(xì)地介紹了如何構(gòu)建藍(lán)軍體系,指出對于模擬強(qiáng)敵裝備大多是從效果的逼真度的角度研究,文獻(xiàn)[5-8]從逼真度的角度對戰(zhàn)場環(huán)境態(tài)勢、作戰(zhàn)目標(biāo)進(jìn)行效果評估。但單從效果逼真度的角度評估會忽略裝備平臺受實(shí)際環(huán)境等因素的影響,從而導(dǎo)致試驗(yàn)及訓(xùn)練效果產(chǎn)生一定偏差。所以在構(gòu)建藍(lán)軍時,對于平臺模擬相似度的評估也是十分重要的,本文主要針對如何模擬強(qiáng)敵反艦導(dǎo)彈的問題,分析了LRASM和“魚叉”兩款典型反艦導(dǎo)彈性能及其突防手段,并在此基礎(chǔ)上提出了靶機(jī)相似度分析的基本方法,分析了典型威脅態(tài)勢的構(gòu)建方法和能力的不足之處,以期為艦艇防空反導(dǎo)訓(xùn)練空中藍(lán)軍模擬、敵導(dǎo)彈威脅態(tài)勢的方法構(gòu)建提供依據(jù)。

1 強(qiáng)敵典型亞聲速反艦導(dǎo)彈

1.1 主要性能

1.1.1 LRASM導(dǎo)彈

LRASM導(dǎo)彈是一款遠(yuǎn)程智能隱身反艦導(dǎo)彈,可由轟炸機(jī)或艦載機(jī)投放,1架B-1B轟炸機(jī)最多可裝載24枚,1架F-18戰(zhàn)斗機(jī)可攜帶2枚,也可由Mk-41垂直發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射,2018年服役[9-10]。彈長4.27 m;彈徑0.55 m;翼展2.7 m;彈重1 020 kg;射程796.4 km,制導(dǎo)方式:GPS/INS+多模導(dǎo)引頭+數(shù)據(jù)鏈+紅外成像+被動雷達(dá);動力系統(tǒng)為F107-WR-105渦扇發(fā)動機(jī)(最大推力622 kgf)[11]。

1.1.2 “魚叉”導(dǎo)彈

“魚叉”導(dǎo)彈是一種用于攻擊水面艦艇的全天候、亞聲速的飛航式反艦導(dǎo)彈,可以實(shí)現(xiàn)空中、艦艇和潛艇等多平臺發(fā)射[12]。彈長3.84 m;彈徑0.34 m;翼展0.91 m;制導(dǎo)方式為紅外成像+主動雷達(dá);動力系統(tǒng)為CAE J402-CA-400渦噴發(fā)動機(jī)(最大推力294 kgf),具有航路規(guī)劃功能,末段攻擊模式可設(shè)置為躍升俯沖攻擊和水線攻擊兩種[13]。

1.2 主要突防技術(shù)手段

反艦導(dǎo)彈威脅態(tài)勢模擬的核心是逼真模擬反艦導(dǎo)彈的主要突防技術(shù),目前兩款典型亞聲速反艦導(dǎo)彈的主要突防技術(shù)手段主要有以下五種。

1.2.1 隱身技術(shù)

LRASM導(dǎo)彈上下非對稱橄欖形頭部大大降低了前部雷達(dá)散射截面積(RCS),內(nèi)埋式進(jìn)氣道位于腹部,可以有效減弱腔體散射,表面敷設(shè)新型吸波涂料,降低了RCS,其RCS據(jù)估計在0.005 m2以下。LRASM導(dǎo)彈采用矩形埋入式發(fā)動機(jī)噴口,利用彈體尾部遮擋高溫排氣,其紅外隱身性能優(yōu)異[14]。

1.2.2 低截獲概率主動相參雷達(dá)

據(jù)相關(guān)資料,目前“魚叉”導(dǎo)彈采用的是低截獲概率的主動相參雷達(dá)(Ku波段,捷變頻400 MHz左右),相參體制雷達(dá)解決了距離分辨率和發(fā)射功率之間的矛盾,通過脈沖匹配壓縮使雷達(dá)獲得較高的距離分辨率,通過脈間相參積累使雷達(dá)在達(dá)到較遠(yuǎn)作用距離時需要的發(fā)射功率更低[15]。

1.2.3 超低空巡航

超低空飛行既可以利用地球曲率有效降低雷達(dá)發(fā)現(xiàn)距離,又能利用海雜波實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)隱身,降低防空導(dǎo)彈的攔截概率。受地球曲率影響,艦載雷達(dá)對掠海飛行目標(biāo)的探測距離限制在30 km左右。LRASM導(dǎo)彈在進(jìn)入威脅區(qū)前利用隱身性能以中等高度飛行,便于遠(yuǎn)距離搜索識別和節(jié)省燃料,到達(dá)威脅區(qū)后迅速俯沖到低于15 m的掠海飛行高度[16]。

1.2.4 大空域機(jī)動

“魚叉”導(dǎo)彈和LRASM導(dǎo)彈均具有末段大空域機(jī)動能力,主要的機(jī)動樣式有躍升俯沖機(jī)動、蛇形機(jī)動、擺式機(jī)動、螺旋機(jī)動等[17-18]。

1.2.5 多方向飽和突防

多方向攻擊是指反艦導(dǎo)彈從兩個以上的方向進(jìn)行攻擊,該攻擊樣式可達(dá)到分散抗擊火力的目的,同時由于水面艦艇無源干擾對相對態(tài)勢要求較高,作戰(zhàn)中可以利用多方向攻擊降低其干擾效果[19]。

2 靶機(jī)模擬威脅目標(biāo)相似度模型

2.1 相似度模型

目前對于靶標(biāo)與模擬對象相似度的評估以定性評估為主,量化評估的模型較少,且沒有特別成熟的方法,本文采用分解系統(tǒng)構(gòu)成要素的方法,從反艦導(dǎo)彈作為空中威脅目標(biāo)所包含的物理特性和運(yùn)動特性兩個方面進(jìn)行特性分解,求出單一特性相似度,再進(jìn)行加權(quán)求和計算系統(tǒng)相似度。物理特性主要包括電磁特性、光學(xué)特性等特性,電磁特性主要是RCS,一般包括給定姿態(tài)角和頻率范圍內(nèi)的特性;光學(xué)特性主要指光散射特性和光輻射特性,目前主要針對紅外特性。運(yùn)動特性主要指飛行性能,包括飛行高度、速度、續(xù)航時間、航程、機(jī)動方式和機(jī)動能力。

設(shè)A為構(gòu)建靶標(biāo)的相關(guān)參數(shù),B為威脅目標(biāo)的相關(guān)參數(shù),二者為模擬和被模擬關(guān)系,構(gòu)建如下相似度模型[20]:

(1)

式(1)為精確值相似度,用于計算靶機(jī)與導(dǎo)彈飛行性能等方面的相似度。

(2)

式(2)為區(qū)間值相似度,用于計算靶機(jī)與導(dǎo)彈機(jī)動能力、光學(xué)特性等范圍特征的相似度,L(X)為X區(qū)間長度。

(3)

式(3)為枚舉值相似度,用于計算給定不同姿態(tài)角和頻率范圍內(nèi)的RCS等枚舉特征的相似度,N(X)為X的參數(shù)個數(shù)。

(4)

式(4)為是非相似度,用于計算靶機(jī)和模擬導(dǎo)彈是否完成空中某一機(jī)動任務(wù)等特征的相似度。

根據(jù)單特征模型可計算系統(tǒng)總體的相似度δ,如式(5),其中Pi為第i個模型所對應(yīng)的權(quán)重。

(5)

2.2 權(quán)重分配原理

計算總體相似度的重點(diǎn)是對威脅目標(biāo)各指標(biāo)特性的權(quán)重進(jìn)行分配,本文根據(jù)體系相似性原理將靶機(jī)模擬體系劃分為7項(xiàng)基本指標(biāo)特征,并對每一個特征權(quán)重進(jìn)行分配。目前采用最多的權(quán)重分配方法為一致性排序原理。一致性排序原理主要是構(gòu)建一致性標(biāo)度矩陣,其構(gòu)建方法如下:

設(shè)系統(tǒng)為Q共有m個子系統(tǒng),通過對子系統(tǒng)Qi與Qk的重要性進(jìn)行比較得出一致性標(biāo)度矩陣的元素aik和aki。

(6)

通過邀請領(lǐng)域內(nèi)的專家對系統(tǒng)中的子系統(tǒng)進(jìn)行兩兩比較,評估得到一致性標(biāo)度矩陣am×m(其中aii=0.5)。其權(quán)重為

(7)

本文根據(jù)上述原理構(gòu)建的權(quán)重分配如表1所示。

表1 相似特征權(quán)重分配

3 靶機(jī)相似度分析

我們各選取兩款靶機(jī)分別模擬“魚叉”導(dǎo)彈和LRASM導(dǎo)彈,其尺寸、速度、高度、航程等參數(shù)來源于網(wǎng)上資料,RCS、紅外等特性根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值預(yù)設(shè),利用相似度計算模型進(jìn)行分析,開展相似度評估(分析結(jié)果見表2、表3),從結(jié)果可以看出,總體相似度均在60%以上。分析相似度結(jié)果可知,靶機(jī)1和靶機(jī)2在模擬“魚叉”導(dǎo)彈時相似度并不高,主要有以下幾個方面原因:一是受發(fā)動機(jī)推力限制,兩款靶機(jī)在模擬“魚叉”導(dǎo)彈時速度和機(jī)動能力明顯不足,二是目前靶機(jī)在紅外隱身方面考慮不多。在模擬LRASM時靶機(jī)3和靶機(jī)4的隱身性能也略顯不足。由于對模擬目標(biāo)射頻特性支撐數(shù)據(jù)不夠,該模型未考慮射頻特性?？傮w來看,單一靶機(jī)在模擬威脅目標(biāo)時相似度不高是因?yàn)榘袡C(jī)在建設(shè)時并沒有對標(biāo)威脅目標(biāo),而是基于自身能力來進(jìn)行靶機(jī)建設(shè)。

表2 典型靶機(jī)模擬魚叉反艦導(dǎo)彈相似度分析

表3 典型靶機(jī)模擬LRASM隱身巡航導(dǎo)彈相似度分析

通過對相似度模型分析可知,各個指標(biāo)之間進(jìn)行了帶權(quán)重的簡單線性疊加,這種表征略顯簡化,因?yàn)楦髦笜?biāo)之間不是相互獨(dú)立的,而是相互交聯(lián)的非線性關(guān)系。下一步應(yīng)該構(gòu)建更為復(fù)雜的基于使用方式和對抗方式的相似度指標(biāo)體系,進(jìn)行更為全面的相似度分析。

4 威脅態(tài)勢構(gòu)建方法

艦艇防空反導(dǎo)訓(xùn)練的難點(diǎn)是威脅態(tài)勢構(gòu)建,威脅態(tài)勢構(gòu)建得越逼真、越接近實(shí)戰(zhàn),訓(xùn)練效果越好。威脅態(tài)勢核心就是逼真模擬攻擊態(tài)勢,目前反艦導(dǎo)彈威脅態(tài)勢構(gòu)建的主要方法是利用靶機(jī)航跡規(guī)劃的方法,通過構(gòu)建不同的目標(biāo)航路捷徑、目標(biāo)距離、目標(biāo)速度使具有不同動態(tài)性能的靶機(jī)在規(guī)定的時域、空域和速度域內(nèi)模擬所需的威脅目標(biāo),進(jìn)而形成空中威脅的模擬[21]。通過靶機(jī)自身物理特性以及搭載不同任務(wù)載荷模擬威脅目標(biāo)的電磁散射、光學(xué)、聲學(xué)特性以及干擾環(huán)境。

4.1 隱身目標(biāo)流態(tài)勢構(gòu)建

國內(nèi)中型靶機(jī)通過外形隱身設(shè)計、碳纖維復(fù)合材料應(yīng)用以及表面鋪設(shè)隱身涂層等措施實(shí)現(xiàn),具有一定的隱身性能,但是距離LRASM還有一定差距,同時紅外隱身措施不多,中型靶機(jī)(發(fā)動機(jī)推力>100 kgf)中波段紅外輻射強(qiáng)度高于LRASM。當(dāng)前構(gòu)建隱身目標(biāo)攻擊態(tài)勢主要是結(jié)合掠海飛行構(gòu)建隱身目標(biāo)掠海攻擊目標(biāo)流,結(jié)合機(jī)載干擾設(shè)備構(gòu)成伴隨干擾態(tài)勢。由于靶機(jī)起飛后均有大于200 m的爬升過程,在起飛點(diǎn)固定的情況下,訓(xùn)練對象可能在靶機(jī)升高前捕捉到靶機(jī)信號并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定跟蹤,靶機(jī)超低空飛行的意義將不存在,無法達(dá)到考核目的。在實(shí)際訓(xùn)練中,可以通過在海上平臺發(fā)射靶機(jī)來實(shí)現(xiàn)起飛點(diǎn)和航線進(jìn)入方向的多樣性,達(dá)到背靠背訓(xùn)練的目的。

4.2 飽和攻擊態(tài)勢構(gòu)建

靶機(jī)的集群飛行包括同一型號多架靶機(jī)編隊飛行和多型號多架靶機(jī)協(xié)同飛行,根據(jù)飽和攻擊態(tài)勢的不同,靶機(jī)集群協(xié)同可以分為時間協(xié)同和空間協(xié)同兩種:時間協(xié)同,即在同一時間到達(dá)或者按照要求的時間間隔到達(dá);空間協(xié)同,即按照要求的隊形保持或者有約束的隊形變換,從難度來講空間協(xié)同是最復(fù)雜也是應(yīng)用最多的協(xié)同[22]。受測控鏈路影響,構(gòu)建多目標(biāo)以上飽和攻擊態(tài)勢靠單一型號靶機(jī)很難完成,目前較為成熟的方法是不同類型靶機(jī)之間的多目標(biāo)協(xié)同,例如選取兩型靶機(jī),每型測控站控制10架靶機(jī),并通過發(fā)射時序、航路設(shè)計以及多機(jī)顯控軟件進(jìn)行控制,構(gòu)建20個目標(biāo)流的飽和攻擊態(tài)勢。

4.3 模擬攻擊機(jī)動目標(biāo)

真實(shí)情況下反艦導(dǎo)彈從150 km距離外發(fā)射,亞聲速導(dǎo)彈到達(dá)目標(biāo)的時間大約8 min,此時艦船按照30 kn速度航行,艦船運(yùn)動約7.2 km,在模擬該種態(tài)勢時如果靶機(jī)按照固定航線飛行,由于艦船運(yùn)動距離遠(yuǎn),航速大,航路捷徑協(xié)同較為困難,因此靶機(jī)航線的隨艦移動功能就比較重要。目前靶機(jī)具備航線隨艦移動功能,但是超低空隨艦功能還未得到有效驗(yàn)證,主要難點(diǎn)是超低空飛行下靶機(jī)的高度控制精度要求很高,在艦船大航速運(yùn)動時,航線隨之移動,靶機(jī)通過執(zhí)行副翼壓舵動作來保證航線的跟隨性,這將會給高度控制帶來較大難度。

4.4 末段機(jī)動態(tài)勢模擬

靶機(jī)模擬末段攻擊態(tài)勢的核心是模擬典型機(jī)動動作。比較成熟的機(jī)動態(tài)勢有水平面蛇形機(jī)動、穩(wěn)盤機(jī)動、桶滾機(jī)動、俯沖躍升機(jī)動等。目前執(zhí)行這些動作的安全高度在3 000 m左右,低空100 m水平機(jī)動仍具有較大難度,在模擬LRASM導(dǎo)彈和魚叉導(dǎo)彈的末段攻擊上仍有較大差距。

4.5 多靶機(jī)組合模擬

從相似度分析可知,單一靶標(biāo)性能有限,無法對威脅態(tài)勢進(jìn)行全面模擬,由于影響威脅態(tài)勢構(gòu)建的因素眾多,其間交互關(guān)系復(fù)雜,單一靶機(jī)無法遍歷目標(biāo)所有特性。為此應(yīng)該在仿真分析的基礎(chǔ)上,梳理影響模擬能力的典型敏感因素,以此為依據(jù)進(jìn)行多靶機(jī)指標(biāo)選取與模擬運(yùn)用,實(shí)現(xiàn)多靶機(jī)組合模擬[23]。例如在構(gòu)建領(lǐng)/從彈攻擊態(tài)勢、伴隨干擾態(tài)勢時,可以在分析計算的基礎(chǔ)上進(jìn)行多靶機(jī)組合,選取不同型號靶機(jī),搭載干擾機(jī)等載荷,模擬蜂群、反輻射導(dǎo)彈,搭載微波輻射源模擬反艦導(dǎo)彈,共同構(gòu)建威脅態(tài)勢。

5 構(gòu)建威脅態(tài)勢的幾點(diǎn)思考

大力構(gòu)建體系化空中藍(lán)軍,必須解決目標(biāo)特性模擬真不真、戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用像不像等矛盾問題,通過對威脅目標(biāo)的對比研究,構(gòu)建體系化空中藍(lán)軍應(yīng)該在以下幾個方面尋找突破:

1)構(gòu)建海上供靶相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。高性能、高可靠性、低壽命、低成本是對靶標(biāo)的基本要求,但當(dāng)前國內(nèi)低端靶標(biāo)較多,高性能、高可靠性靶標(biāo)稀缺,而且由于艦載發(fā)射、海上回收、掠海飛行等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺失,給實(shí)際訓(xùn)練中靶標(biāo)選擇帶來諸多不便,限制了訓(xùn)練用靶的選擇,加快海上供靶相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定是提高威脅態(tài)勢模擬逼真度的必然要求。

2)引領(lǐng)海上供靶關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展。反艦導(dǎo)彈的智能化、導(dǎo)引頭多樣化、攻擊樣式多樣化為靶機(jī)技術(shù)的發(fā)展指明了方向,以威脅目標(biāo)為主是靶機(jī)技術(shù)發(fā)展的根本思路,有怎樣的威脅目標(biāo)就應(yīng)該有相應(yīng)的模擬靶標(biāo)。當(dāng)前對靶機(jī)動力系統(tǒng)、靶機(jī)智能化、靶機(jī)敏捷性、高精度傳感器等關(guān)鍵技術(shù)重視度還不夠,要進(jìn)一步提高綜合訓(xùn)練水平必須引領(lǐng)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展。

3)創(chuàng)新使用模式。超低空供靶、緊密編隊、末段大角度俯沖拉起等高風(fēng)險動作是訓(xùn)練態(tài)勢模擬的必備科目,但是其安全風(fēng)險較高,探索在確保安全的情況下,構(gòu)建盡可能貼近實(shí)戰(zhàn)的有難度的態(tài)勢是今后訓(xùn)練態(tài)勢構(gòu)建上必須考慮的問題。

4)加快靶機(jī)構(gòu)建空中威脅態(tài)勢理論體系建設(shè)。當(dāng)前靶機(jī)篩選、威脅態(tài)勢構(gòu)建以及技術(shù)指標(biāo)效應(yīng)分析均未形成完備的理論體系,更沒有完備的算法體系,靶機(jī)使用以經(jīng)驗(yàn)主義居多,必須加速靶機(jī)篩選、威脅態(tài)勢模擬等理論體系探索,讓靶機(jī)模擬威脅態(tài)勢更為科學(xué)、高效、逼真。

6 結(jié)束語

本文在分析典型亞聲速反艦導(dǎo)彈性能和突防技術(shù)手段的基礎(chǔ)上,運(yùn)用相似性原理構(gòu)建了威脅目標(biāo)模擬相似度模型,分析了靶場構(gòu)建典型威脅態(tài)勢的方法和能力,同時對構(gòu)建體系化空中藍(lán)軍需要發(fā)力的方向提出了幾點(diǎn)思考,具有一定的工程借鑒意義。